单个量子比特的控制精度创下新纪录

英国牛津大学物理学家在单个量子比特的控制精度方面创下新纪录，实现了量子逻辑运算史上最低错误率：0.000015%，即每670万次运算中仅出现一次错误。这一成果相较于十年前该团队创下的纪录，精度大幅提升，向开发出强大且实用的量子计算机迈出了重要一步。相关论文将于13日发表在《物理评论快报》上。

在量子计算机中，为完成实用计算，往往需要对多个量子比特重复执行数百万次运算。如果出错率过高，最终结果将毫无意义。尽管可通过量子纠错来弥补错误，但这需要大量额外的量子比特，从而增加了硬件复杂度和成本。

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离子阱芯片效果图

此次的新方法以更低的错误率显著减少了对纠错的依赖，有望降低未来量子计算机的成本和体积。为了更直观地理解这一成果，团队成员打了个比方：一个人一年内被闪电击中的概率为120万分之一，而该量子逻辑门的出错概率比这还低得多，几乎可以忽略不计。

论文共同第一作者、牛津大学物理系研究生莫莉·史密斯表示，通过显著降低出错概率，他们减少了纠错所需的基础设施，这为未来量子计算机朝着更小、更快、更高效的方向发展铺平了道路。她还表示，精确控制量子比特对于其他量子技术，如时钟和量子传感器，也大有帮助。

这一成果是基于被俘获的钙离子实现的。由于其稳定性和长寿命，钙离子是理想的量子比特载体。与传统依赖激光控制的方式不同，团队采用微波信号来操控钙离子的量子态。这一方法更稳定、成本更低，更易集成到芯片中。此外，该实验在室温且无磁屏蔽的条件下进行，从而降低了实用量子计算机的技术要求。

研究团队表示，这一成果是个重要的里程碑，但这只是更大挑战的一部分。量子计算需要单量子比特门和双量子比特门协同工作。目前，双量子比特门的错误率仍然远高于理想水平，在迄今为止的最佳演示中，错误率约为两千分之一。因此，降低双量子比特门的错误率是实现完全容错量子计算的关键。